(57)【要約】  本発明の光走査装置は、入射した光を反射する可動ミラー（２１）と、可動ミラー（２１）の一端に連結された第１の梁部（２２）と、可動ミラー（２１）の他端に連結された第２の梁部（２３）と、第１の梁部（２２）を介して可動ミラー（２１）を揺動させる応力を発生する第１の圧電素子（１１）と、第１の梁部（２２）を介して可動ミラー（２１）を揺動させる応力を発生する第２の圧電素子（１２）と、を有し、第１および第２の圧電素子（１１、１２）のそれぞれのパターンの長手方向が第１の梁部（２２）の長手方向と一致し、第１および第２の圧電素子（１１、１２）は、第１および第２の梁部（２２、２３）に連結した支持板（３）の上に、絶縁性を保つ距離を空けて配置されている。
2012014666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を反射する可動ミラーと、
前記可動ミラーの一端に連結された第１の梁部と、
前記可動ミラーの他端に連結された第２の梁部と、
第１の電圧が印加されると、前記第１の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第１の圧電素子と、
第２の電圧が印加されると、前記第１の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第２の圧電素子と、を有し、
前記第１および前記第２の圧電素子のそれぞれのパターンの長手方向が前記第１の梁部の長手方向と一致し、
前記第１および前記第２の圧電素子は、前記第１および前記第２の梁部に連結した支持板の上に、絶縁性を保つ距離を空けて配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
前記第１および前記第２の圧電素子は、これらの素子の間に空孔が設けられていないことを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の光走査装置において、
前記第１の電圧が印加されると、前記第２の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第３の圧電素子と、
前記第２の電圧が印加されると、前記第２の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第４の圧電素子と、をさらに有し、
前記第３および前記第４の圧電素子のそれぞれのパターンの長手方向が前記第２の梁部の長手方向と一致し、
前記第３および前記第４の圧電素子は、これらの素子の間に空孔が設けられていない前記支持板の上に、絶縁性を保つ距離を空けて配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項３記載の光走査装置において、
前記第１と前記第２の圧電素子の間に設けられ、第３の電圧が印加されると、前記第１の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第５の圧電素子と、
前記第３と前記第４の圧電素子の間に設けられ、前記第３の電圧が印加されると、前記第２の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第６の圧電素子と、
をさらに有することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項４記載の光走査装置において、
前記第５および前記第６の圧電素子のそれぞれのパターンの長手方向が前記第１または前記第２の梁部の長手方向と一致し、
前記第５および前記第６の圧電素子のそれぞれは、隣り合う他の圧電素子との間に空孔が設けられていない前記支持板の上に、隣り合う他の圧電素子と絶縁性を保つ距離を空けて配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の光走査装置において、
前記第３の電圧が静電圧であることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１または２記載の光走査装置において、
第３の電圧が印加されると、前記第２の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第３の圧電素子と、
第４の電圧が印加されると、前記第２の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第４の圧電素子と、をさらに有し、
前記第３および前記第４の圧電素子のそれぞれのパターンの長手方向が前記第２の梁部の長手方向と一致し、
前記第３および前記第４の圧電素子は、これらの素子の間に空孔が設けられていない前記支持板の上に、絶縁性を保つ距離を空けて配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項７記載の光走査装置において、
前記第１の電圧と前記第３の電圧の位相が一致し、前記第２の電圧と前記第４の電圧の位相が一致し、
前記第１および前記第２の電圧の絶対値、または前記第３および前記第４の電圧の絶対値を調整することで、前記第１または前記２の梁部の長手方向に対する、前記可動ミラーの曲げ振動を制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の光走査装置において、
前記第１の電圧と前記第２の電圧は位相が９０度以上異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光走査装置において、
前記第１の電圧と前記第２の電圧は位相が１８０度異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
水平走査素子および垂直走査素子のうち、少なくともいずれかの素子として請求項１から１０のいずれか１項の光走査装置を備えた画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射面を備えた可動部を有し、入射光と反射面との角度を変化させることにより、反射面による反射光を走査させる光走査装置、および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を走査する光走査装置は、デジタル複写機、レーザープリンタ、バーコードリーダ、スキャナ、プロジェクタ等で広く用いられている。この光走査装置として、モーターを用いたポリゴンミラーやガルバノミラーなどが一般的に広く用いられてきた。【０００３】
一方で近年の微細加工技術によって、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）技術を応用した光走査装置が大きな発展を遂げている。中でも、梁部を回転軸として可動ミラーを往復振動させることにより光を走査させる、ＭＥＭＳによる光走査装置が注目を集めている。【０００４】
ＭＥＭＳ技術によって形成される可動ミラーは、モーターを用いたポリゴンミラー等の回転による光走査装置と比較して、構造が簡単であること、半導体プロセスによる一体成形が可能であること、そのため小型化や低コスト化が容易であること、小型化により高速化が容易である等の利点がある。【０００５】
これらのＭＥＭＳ技術による光走査ミラーは、振れ角を大きくとるために、駆動周波数と構造体の共振周波数を一致させた共振ミラーが一般的である。ミラーの共振周波数ｆｒは、梁部のねじり弾性係数ｋとミラーの慣性モーメントをＩｍとから、次式で与えられる。
ｆｒ＝１/（２π）（ｋ／Ｉｍ）１／２      ・・・（１）
また、ミラーに加わる駆動力をＴとすると、ミラーの振れ角θは、
θ＝ＱＴ／ｋ                          ・・・（２）
で与えられる。Ｑは系の品質係数であり、空気中での典型的な値は、１００程度、真空中での典型的な値は数１０００程度である。これにより共振駆動におけるミラーは、小さな駆動力であっても大きく振れることが可能である。【０００６】
ミラーの振れ角θを拡大するためには、駆動力Ｔを増大させるか、品質係数Ｑを増大させる必要がある。【０００７】
駆動力を得るために用いられる手法の一つとして、圧電素子を用いた方法がある。以下では、この圧電型駆動装置を用いた光走査素子に限定して述べる。圧電素子の長手方向とねじり梁の長手方向が直交方向であるか、平行方向であるかにより、次に述べる直交配置型と平行配置型とがある。【０００８】
直交配置型の光走査装置の例が特許文献１から４に開示されている。特許文献１から４のそれぞれに開示された光走査装置は、ねじり梁に複数の基板部が連結され、それぞれの基板部には独立した圧電素子が搭載されている。このタイプの光走査装置は、それぞれの圧電素子に、独立した位相の電圧を印加することで、ねじり梁に対して回転方向の駆動力を生む点に特徴がある。【０００９】
平行配置型の光走査装置の例が特許文献５および特許文献６に開示されている。特許文献５および特許文献６のそれぞれには、ミラーに連結されたねじり梁が二股に分かれた基板部に接続され、それぞれの基板部に圧電素子が搭載された光走査装置が提案されている。このタイプの光走査装置は、それぞれの圧電素子には独立した位相を持つ電圧が印加されることによって、光走査ミラーを駆動させている。【００１０】
特許文献５および特許文献６のそれぞれに開示された光走査装置では、ねじり梁に回転力を与えるために搭載されたそれぞれの圧電素子の長手方向が、ねじり梁の長手方向と一致している点に特徴がある。特許文献５においては、第２のばね部の分岐幅が反射ミラー部の幅を超えないなどの制限が加えられている。これは、捻れ梁の回転方向の固有振動数より低い周波数範囲内における、捻れ梁の曲げ方向の振動モードの発生を抑制するためであることが、特許文献５に記載されている。以下に、特許文献１から６を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２７２６２６号公報
【特許文献２】特開２００７−１９９６８２号公報
【特許文献３】特開２００８−３１０２９５号公報
【特許文献４】特開２００５−１２８１４７号公報
【特許文献５】特開２００４−１７７５４３号公報
【特許文献６】特開２００８−１４５５４５号公報
【発明の概要】
【００１２】
特許文献１から４に開示された光走査装置の基板構造の場合、圧電素子の長手方向がねじり梁の長手方向と直交した方向に伸びているため、素子全体としての面積が大きくなるという問題があった。圧電素子を搭載する面積が制限されると、ミラー部に必要な回転を与えるだけの捻れ振動を与えるためには、圧電素子による駆動力が不十分になってしまう。
【００１３】
一方、特許文献５および特許文献６に開示された光走査装置の分岐構造の場合、圧電素子間に空孔を設ける必要があり、圧電素子を搭載できる面積が制限されるため、ミラー部に必要な回転を与えるための捻れ振動を発生するには、圧電素子による駆動力が不十分であるという問題があった。圧電素子による駆動力を大きくしようとすると、圧電素子を搭載できる面積を大きくする必要があり、光走査装置が大きくなってしまう。
【００１４】
本発明の目的の一つは、ミラー部の回転角を保証したまま、小型化を可能にした光走査装置および画像表示装置を提供することである。
【００１５】
本発明の一側面の光走査装置は、入射した光を反射する可動ミラーと、可動ミラーの一端に連結された第１の梁部と、可動ミラーの他端に連結された第２の梁部と、第１の電圧が印加されると、第１の梁部を介して可動ミラーを揺動させる応力を発生する第１の圧電素子と、第２の電圧が印加されると、第１の梁部を介して可動ミラーを揺動させる応力を発生する第２の圧電素子とを有し、第１および第２の圧電素子のそれぞれのパターンの長手方向が第１の梁部の長手方向と一致し、第１および第２の圧電素子は、第１および第２の梁部に連結した支持板の上に、絶縁性を保つ距離を空けて配置されている構成である。
【００１６】
また、本発明の一側面の画像表示装置は、水平走査素子および垂直走査素子の少なくともいずれかの素子として、上記本発明の光走査装置を備えた構成である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は第１の実施形態における光走査装置の一構成例を示す平面図である。
【図２】図２は第１の実施形態における光走査装置の一構成例を示す断面図である。
【図３】図３は圧電素子に印加する駆動電圧の一例を示すグラフである。
【図４】図４は異なる圧電素子に印加する駆動電圧の位相と光走査角の関係を示すグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは第１の実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】図９は第１の実施形態の光走査装置を用いた画像表示装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は第２の実施形態における光走査装置の一構成例を示す平面図である。
【図１１】図１１は第３の実施形態における光走査装置の一構成例を示す平面図である。
【図１２】図１２は光走査角と駆動周波数の関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は共振周波数の温度依存性を測定した結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は第３の実施形態の光走査装置の調整部に印加する電圧Ｖ３を変化させたときのミラー部の共振周波数を示すグラフである。
【図１５】図１５は第４の実施形態における光走査装置の一構成例を示す平面図である。
【図１６】図１６は第４の実施形態における光走査装置の各圧電素子に印加する電圧を示すグラフである。
【図１７Ａ】図１７Ａは、ミラー部に対する、２つの駆動部の駆動力に差がない場合を説明するための図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、ミラー部に対する、２つの駆動部の駆動力に差がある場合を説明するための図である。
【図１８】図１８は、ミラー部を挟む２つの駆動部のうち、片方の駆動部の調整因子とスプリットとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の上述した目的および他の目的、ならびに特徴および利点を明確にすべく、図面を参照しながら、本発明の実施形態を以下に詳述する。
【００１９】
（第１の実施形態）
本実施形態における光走査装置は、上述の課題を解決するとともに、光走査の効率向上を可能にしたものである。
【００２０】
本実施形態の光走査装置の構成を説明する。図１は本実施形態における光走査装置の一構成例を示す平面図であり、図２はその断面図である。
【００２１】
光走査装置は、鏡面となる反射膜および可動板からなるミラー部２１と、ミラー部の可動板に連結された２本のねじり梁部２２、２３と、これらのねじり梁部に連結され、ねじり梁部および可動板を支持する支持部３と、支持部を支持する枠体２と、ねじり梁部およびミラー部を駆動するための駆動部５、６とを有する。駆動部５、６は支持部３の上に設けられている。ミラー部２１は、ねじり梁部２２、２３で支持されており、ねじり梁部２２、２３以外は空孔２６、２７で囲まれている。空孔２６、２７は、支持部３を貫通している。ミラー部２１が可動ミラーに相当する。
【００２２】
ミラー部２１の可動板、ねじり梁部２２、２３、および支持部３は適度な剛性を持つ材料で一体成形されており、材料としては、単結晶シリコン（Ｓｉ）や弾性を有する金属等が好適である。例えば、支持部３がＳｉ活性層で構成され、枠体２は支持部３よりも厚いＳｉ支持層で構成されている。支持部３のＳｉ活性層の厚さは用途によって適切なものを選択する必要があるが、数１０μｍのものが好適である。衝撃耐性等を上げるため、枠体２の厚さは５００μｍ程度に厚くする必要がある。
【００２３】
図１に示す構成例では、可動板の形状を楕円柱とし、ねじり梁部２２、２３に直交する方向のサイズ（楕円の短軸長）をＤ１とし、ねじり梁部２２、２３の長手方向のサイズ（楕円の長軸長）をＤ２としている。また、ねじり梁部２２、２３のそれぞれの長手方向の長さをＬとし、長手方向に対して垂直方向の長さである幅をＷとしている。Ｄ１およびＤ２に適したサイズは１〜２ｍｍである。ＬおよびＷは、必要とされる共振周波数およびミラー回転角によって定められる。支持部３の長手方向の長さおよび幅は、必要とされる駆動力に依存するが、サイズを拡大することで、振動時の動作安定性が高まる。
【００２４】
駆動部５はねじり梁部２２の付け根に設けられ、駆動部６はねじり梁部２３の付け根に設けられている。駆動部５は圧電素子１１、１２を有し、駆動部６は圧電素子１３、１４を有する。圧電素子１１〜１４のパターンは長方形状である。
【００２５】
圧電素子１１、１２のそれぞれのパターンの長手方向がねじり梁部２２の長手方向と一致している。圧電素子１１、１２は、少なくとも絶縁性を保つ距離を空けて同一の支持部３上に配置されている。圧電素子１３、１４のそれぞれのパターンの長手方向がねじり梁部２３の長手方向と一致している。圧電素子１３、１４は、少なくとも絶縁性を保つ距離を空けて同一の支持部３上に配置されている。
【００２６】
圧電素子１１と圧電素子１２のそれぞれのパターンの長手方向がねじり梁部２２の長手方向と一致しているだけでなく、圧電素子１１と圧電素子１２が少なくとも絶縁性を保つ距離で近づいて配置されており、これらの圧電素子の間に空孔を設ける必要がないため、光走査装置の平面積を小さくすることが可能となる。このことは、圧電素子１３、１４についても同様である。
【００２７】
図２を参照して圧電素子１１〜１４の構成を説明する。図２は、図１に示した平面図において、圧電素子１１、１３を切る断面の構造を示している。この場合、ミラー部２１の両側には空孔２６が図に表されるが、図２では、支持部３の内側の側壁を示している。
【００２８】
図２に示すように、圧電素子１１は、下部電極１０１、圧電層１０２および上部電極１０３を有する。支持部３の最上層となる絶縁膜（不図示）の上に、下部電極１０１、圧電層１０２および上部電極１０３が順に形成されている。圧電素子１２〜１４のそれぞれについても、圧電素子１１と同様に、下部電極１０１、圧電層１０２および上部電極１０３が設けられている。
【００２９】
上部電極１０３として、Ａｌ薄膜を材料とする電極パットが用いられる。本実施形態では、電極パッドの材料に、スパッタリング法で形成したＡｌ薄膜を用いる場合で説明するが、圧電層１０２と十分な密着性とシリコン基板との導通が得られれば白金（Ｐｔ）等の他の材料を選択してもよい。また、電極パッドの材料膜の成膜方法についても、スパッタリング法に限らず、他の成膜方法であってもよい。下部電極１０１は、圧電素子が形成された領域の外に配線（不図示）を介して引き出され、電極パッド（不図示）と接続されている。
【００３０】
圧電素子１２〜１４毎に、上部電極１０３、圧電層１０２および下部電極１０１が別々に設けられている。そのため、各圧電素子に異なる電圧を印加することが可能である。ここでは、圧電素子１１〜１４の分極方向を膜に対して上向きとし、下部電極１０１に駆動電圧を印加し、上部電極１０３にＧｎｄ電圧（接地電位）を印加するものとする。圧電素子１１、１３の下部電極１０１に電圧Ｖ１（ｔ）を印加し、圧電素子１２、１４の下部電極１０１に電圧Ｖ２（ｔ）を印加する。
【００３１】
図３は駆動電圧Ｖ１（ｔ）、Ｖ（２）の一例を示すグラフである。グラフの横軸が時間であり、縦軸が電圧である。図３に示すグラフでは、実線で示すＶ１（ｔ）と破線で示すＶ２（ｔ）は位相が１８０度ずれている。
【００３２】
次に、本実施形態の光走査装置の動作を説明する。
【００３３】
本実施形態では、圧電素子１１および圧電素子１３のそれぞれの下部電極１０１に電圧V1(t)=0.5Vp-p(1+sin(2πft))  [V]を印加し、圧電素子１２および圧電素子１４のそれぞれの下部電極１０１に電圧V2(t)=0.5Vp-p(1+sin(2πft+φ))  [V]を印加する。
【００３４】
図４は、Vp-p=2[V]の場合について、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の位相差φを０度から１８０度まで変化させたときの、反射光の走査角（ミラー回転角の２倍）を示すグラフである。グラフの横軸が位相差であり、縦軸が光走査角である。図４のグラフには、ミラー部２１に偏心を付けた場合と付けない場合が表示されている。
【００３５】
ミラー部２１に偏心を付けない場合について説明する。この場合、ミラー部２１の重心位置は、ねじり梁部２２、２３の長手方向の中心軸上にある。ミラー部２１に偏心を付けない場合では、図４に示すように、位相差φが０度から大きくなるにつれて、光走査角は、少しずつ大きくなり、位相差φが９０度以上になると変化の傾きがさらに大きくなる。そして、光走査角は位相差φが１８０度のときに最大になっている。V1(t)=2[V]、V2(t)=0[V]のとき、平均印加電圧１Ｖのときと比較して、圧電素子１１と圧電素子１３がこれらのパターンの長手方向に伸び、圧電素子１２と圧電素子１４がこれらのパターンの長手方向に縮む。
【００３６】
これにより、図１に示したミラー部２１において、ねじり梁部２２、２３の中心軸よりも上側部分が上昇し、下側部分が下降することになる。その結果、ねじり梁部２２、２３の長手方向の中心軸を中心に、ねじり梁部２２からねじり梁部２３の方向を見て時計回りに、ミラー部２１が回転して反射膜が傾く。その反対に、V1(t)=0[V]、V2(t)=2[V]のとき、ミラー部２１は、V1(t)=2[V]、V2(t)=0[V]のときとは逆方向に回転して反射膜が傾く。
【００３７】
ミラー部２１に偏心を１００μｍ付けた場合について説明する。この場合、ミラー部２１の重心位置がねじり梁部２２、２３の長手方向の中心軸から垂直方向に１００μｍずれている。ミラー部２１に偏心を１００μｍ付けた場合では、図４に示すように、光走査角は位相差φが０度のときに最大になっている。V1(t)=V2(t)=2[V]のとき、圧電素子１１〜１４は同時に伸びることで、ミラー部２１を揺動させ、ミラー部２１に付与された偏心によって揺動力がミラー部２１の回転力に転換される。その結果、ミラー部２１の重心のある側が下降し、ねじり梁部２２、２３の長手方向の中心軸を中心にミラー部２１が回転し、反射膜が傾く。
【００３８】
次に、上述した構成の光走査装置の製造方法を説明する。図５Ａから図８Ｄは本実施形態の光走査装置の製造方法を示す断面図である。
【００３９】
図５Ａに示すように、Ｓｉ支持層３１の上にＳｉＯ２層３２およびＳｉ活性層３３が順に積層されたＳＯＩ（Silicon  on  Insulator）基板を用意する。Ｓｉ支持層３１の膜厚は４７５μｍであり、ＳｉＯ２層３２の膜厚は２μｍであり、Ｓｉ活性層３３の膜厚は５０μｍである。Ｓｉ支持層３１は枠体２を形成するための基板である。Ｓｉ活性層３３は、支持部３、ねじり梁部２２、２３、および可動板を形成するためのデバイス基板である。Ｓｉ活性層３３を酸化処理することで、Ｓｉ活性層３３の上面にシリコン酸化膜を形成するが、この図では、シリコン酸化膜を示すことを省略している。
【００４０】
続いて、下部電極１０１を形成するための導電性膜３４と、圧電層１０２と、上部電極１０３を形成するための導電性膜３６をスパッタリング法で、Ｓｉ活性層３３のシリコン酸化膜（不図示）上に順に形成する（図５Ｂ）。これらの膜の材料として、例えば、導電性膜３４にＰｔが用いられ、圧電層１０２にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられ、導電性膜３６に金（Ａｕ）が用いられる。
【００４１】
その後、導電性膜３６の上にレジストを塗布し、リソグラフィ工程により、上部電極１０３のパターンを有するレジスト３８を形成する（図５Ｃ）。以下では、基板上に塗布したレジストに対してリソグラフィ工程によりパターンを形成する処理を、「レジストパターニング」と称する。続いて、レジスト３８をマスクにして導電性膜３４の上面が露出するまで導電性膜３６および圧電層１０２をエッチングする。これにより、圧電素子の上部電極１０３および圧電層１０２が形成される（図５Ｄ）。ここでは、レジスト３８をマスクにして導電性膜３６および圧電層１０２をエッチングしたので、エッチング後の上部電極１０３と圧電層１０２のパターンの面積は同じになる。その後、レジスト３８を除去する（図５Ｅ）。
【００４２】
図６Ａに示すように、レジストパターニングを行って、図２に示した下部電極１０１を形成するためのレジスト４１を導電性膜３４の上に形成する。続いて、レジスト４１をマスクにして、Ｓｉ活性層３３の上面が露出するまで導電性膜３４をエッチングする。これにより、下部電極１０１が形成される（図６Ｂ）。その後、レジスト４１を除去する（図６Ｃ）。図６Ｃには、形成された圧電素子１１、１３の断面構造を示す。ここでは、圧電素子１１、１３の断面構造を示しているが、図１に示した圧電素子１２、１４も同時に形成される。
【００４３】
続いて、図６Ｄに示すように、レジストパターニングを行って、図１に示したミラー部２１の鏡面に相当する部分に開口が設けられたレジスト４２をＳｉ活性層３３の上に形成する。そして、蒸着法を用いて開口およびレジスト４２の上に反射膜４４を形成する（図６Ｅ）。反射膜４４の材料として、アルミニウムや銀合金などが用いられる。
【００４４】
図７Ａに示すように、レジストを除去することでレジスト上に堆積された膜も一緒に除去するリフトオフを行って、レジスト４２上の反射膜４４をレジスト４２と一緒に除去する。これにより、図６Ｄに示したレジスト４２の開口に相当する部位であって、Ｓｉ活性層３３の上に反射膜４４が残る。そして、図７Ｂに示すように、レジストパターニングを行って、Ｓｉ活性層３３をパターニングするためのレジスト４５をＳｉ活性層３３の上に形成する。
【００４５】
続いて、レジスト４５をマスクにして、ＳｉＯ２層３２の上面が露出するまでＳｉ活性層３３をエッチングする（図７Ｃ）。Ｓｉ活性層３３に対するエッチングの前に、例えば、ＢＯＥ（Buffered  Oxide  Etching）による酸化膜除去を行ってもよい。Ｓｉ活性層３３の上面に自然酸化膜が生成されている場合、自然酸化膜が除去され、Ｓｉ活性層３３のエッチングがスムーズに行われる。Ｓｉ活性層３３に対するエッチングの後、レジスト４５を除去する（図７Ｄ）。これにより、支持部３およびミラー部２１が形成される。この図７Ｄに示す断面部分には示されていないが、ミラー部２１は支持部３と接続されている。さらに、Ｓｉ支持層３１の裏面からのエッチングに備えて、図７Ｅに示すように、ミラー部２１、圧電素子１１〜１４および支持部３を覆う保護膜４６をＳｉＯ２層３２の上に形成する。
【００４６】
図８Ａに示すように、レジストパターニングを行って、Ｓｉ支持層３１の裏面側にレジスト４７を形成する。続いて、レジスト４７をマスクにして、ＳｉＯ２層３２の裏面が露出するまでＳｉ支持層３１をエッチングする（図８Ｂ）。これにより、枠体２が形成される。その後、レジスト４７をマスクにして、ＳｉＯ２層３２をエッチングする。これにより、支持部３と枠体２との間に残ったＳｉＯ２層３２によるＢＯＸ層４８が形成される（図８Ｃ）。さらに、レジスト４７および保護膜４６を除去する（図８Ｄ）。その後、ダイシングを行って、光走査装置を個々に分離する。
【００４７】
次に、上述した構成の光走査装置を用いた画像表示装置の構成および動作を説明する。図９は本実施形態の光走査装置を用いた画像表示装置の一構成例を示すブロック図である。
【００４８】
図９に示すように、画像表示装置は、外部から供給される映像信号に応じて変調された光束を生成する光束生成装置５０と、光束生成装置５０で生成された光を平行光化するコリメート光学系６０と、光束を合成する合成光学系７０と、合成光学系７０で合成された光を画像表示するために水平方向に走査する水平走査部８０と、水平走査部８０で水平方向に走査された光束を垂直方向に走査する垂直走査部９０と、水平走査同期回路８１および垂直走査同期回路９１と、水平方向と垂直方向に走査された光束をスクリーン上に出射する光学系（不図示）とを有する。
【００４９】
光束生成装置５０は、信号処理回路５１と、信号処理回路５１から出力される３つの映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をそれぞれ光束にする光源部５２とを有する。信号処理回路５１は、映像信号が入力されると、画像を構成するための要素として、入力された映像信号に基づいて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各映像信号を生成して光源部５２に送信する。また、信号処理回路５０は、入力された映像信号による水平同期信号を水平走査同期回路８１を介して水平走査部８０に出力し、入力された映像信号による垂直同期信号を垂直走査同期回路９１を介して垂直走査部９０に出力する。
【００５０】
光源部５２は、赤色レーザー駆動系と、緑色レーザー駆動系と、青色レーザー駆動系とを有する。赤色レーザー駆動系は、赤色の光束を発生する赤色レーザー５３と、赤色レーザー５３を駆動するための赤色レーザー駆動回路５４とを有する。緑色レーザー駆動系は、緑色の光束を発生する緑色レーザー５５と、緑色レーザー５５を駆動するための緑色レーザー駆動回路５６とを有する。青色レーザー駆動系は、青色の光束を発生する青色レーザー５７と、青色レーザー５７を駆動するための青色レーザー駆動回路５８とを有する。
【００５１】
赤色、緑色および青色の各レーザーとして、例えば、半導体レーザー、または第２高調波発生機構（ＳＨＧ：Second-Harmonic  Generation）付き固定レーザーを用いればよい。
【００５２】
合成光学系７０は、赤、緑および青のそれぞれに対応してダイクロイックミラー７１〜７３を有する。ダイクロイックミラー７１〜７３により、赤、緑および青のそれぞれのレーザー光が波長に関して選択的に反射または透過される。
【００５３】
光束生成装置５０の各レーザーから出射した赤、緑および青のそれぞれの光束は、コリメート光学系６０によって平行光化された後、合成光学系７０のダイクロイックミラー７１〜７３のそれぞれに入射される。ダイクロイックミラー７１〜７３のそれぞれに入射した赤、緑および青のそれぞれの光束は、波長選択的に反射または透過して集光され、水平走査部８０に出力される。
【００５４】
水平走査部８０は、合成光学系７０から入射された光束を画像として投影するために、水平方向に走査する。垂直走査部９０は、合成光学系７０から入射された光束を画像として投影するために、垂直方向に走査する。この水平走査部８０と信号処理回路５１とは水平光走査装置として機能し、垂直走査部９０と信号処理回路５１とは垂直光走査装置として機能する。
【００５５】
水平走査部８０は、光束を水平方向に走査する水平走査素子８４と、水平走査素子８４を駆動させる水平走査駆動回路８２と、水平走査素子８４の共振周波数を調整する共振周波数調整回路８３とを有する。垂直走査部９０は、光束を垂直方向に走査する垂直走査素子９４と、垂直走査素子９４を駆動させる垂直走査駆動回路９０とを有する。なお、水平走査駆動回路８２は信号処理回路５１から出力される水平同期信号に基づいて駆動し、垂直走査駆動回路９２は信号処理回路５１から出力される垂直同期信号に基づいて駆動する。
【００５６】
図１に示した光走査装置を図９に示す水平走査素子８４として使用する。この場合、図１に示したミラー部２１が水平走査素子８４の水平方向ミラー（Ｈミラー）としての役目を果たす。また、水平走査素子８４に限らず、図１に示した光走査装置を図９に示す垂直走査素子９４に使用してもよい。この場合、図１に示したミラー部２１が垂直走査素子９４の垂直方向ミラー（Ｖミラー）としての役目を果たす。
【００５７】
本実施形態の光走査装置では、ミラー部を効率的に回転させることができる。その理由を、以下に説明する。
【００５８】
基本的には、ミラー部の慣性モーメントを下げる必要があり、偏心が極力小さい構造が有利である。しかし、圧電素子に加える印加電圧の位相が同一である場合、ミラー部の偏心が小さい場合は回転角を大きくできない。反対に、ミラー部の偏心が大きいと、慣性モーメントが増加するためねじり梁の剛性を高める必要が生じ、その結果ミラー回転角が低減する。一方、本実施形態の光走査装置では、ミラー部に偏心がない場合でも、各圧電素子に印加する電圧の位相を任意に調整可能であるためミラー回転角を効率的に最大化することができる。また、ミラー部を効率的に回転させるように、各圧電素子に印加する電圧の位相を調整することで、低消費電力化を図れる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、複数の圧電素子への印加電圧に位相差をつけることで、ミラー部駆動時の破壊に対する耐性を向上することができる。特に、破壊を引き起こし易い、ねじり梁部の付け根における応力低減の効果が顕著であり、シミュレーションによれば、同相駆動時（φ=0度）の700[MPa]の最大応力を、逆相駆動時（φ=180度）では400[MPa]程度まで低減することができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、同一のねじり梁部の付け根に並列に設けられた複数の圧電素子を、素子間に空孔を設けずに、できるだけ近づけて同じ支持板上に配置することで、ミラー部駆動時のねじり梁部の付け根における破壊に対する耐性を向上させることができる。２つの圧電素子が0.8mm程度分岐した基板上に配置されている場合、シミュレーションによれば、ミラー回転時にねじり梁部の根元に640[MPa]程度の最大応力が発生する。２つの圧電素子が0.2mm程度分岐した基板上に配置されている場合も、ミラー回転時にねじり梁部の根元に510[MPa]程度の最大応力が発生する。一方、本実施形態のように分岐されていない場合は、410[MPa]程度の最大応力に抑えることができる。
【００６１】
さらに、本実施形態によれば、圧電素子とミラー部が近傍に配置されるため、素子全体の面積および体積を小型化することが可能となる。本実施形態の構造のように小型化しても、ミラー部を回転させるための駆動部の十分な剛性を確保しつつ、かつ、ミラー部に十分な回転を与えるだけの十分な駆動力を発生することが可能である。
【００６２】
画像表示装置については、本実施形態の光走査装置を、図９に示した水平走査素子８４もしくは垂直走査素子９４、またはそれらの両方の素子に用いることで、画像表示装置本体の大きさを小型化することが可能となる。
【００６３】
（第２の実施形態）
本実施形態の光走査装置は、第１の実施形態で説明した構成よりも小型化を可能にしたものである。
【００６４】
本実施形態の光走査装置の構成を説明する。図１０は本実施形態における光走査装置の一構成例を示す平面図である。なお、第１の実施形態と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施形態の光走査装置の断面図およびその説明は、図２および図２の説明と同様であるため省略する。
【００６５】
図１０に示すように、本実施形態の光走査装置は、図１に示した光走査装置において、駆動部６が設けられていない構成である。そのため、本実施形態の光走査装置は、図１に示した光走査装置と比べて、駆動部６が設けられていない分、光走査装置の長手方向のサイズが短くてすむ。
【００６６】
次に、本実施形態の光走査装置の動作を説明する。
【００６７】
本実施形態では、圧電素子１１の下部電極１０１に電圧Ｖ１（ｔ）を印加し、圧電素子１２の下部電極１０１に電圧Ｖ２（ｔ）を印加するものとする。電圧Ｖ１（ｔ）および電圧Ｖ２（ｔ）は、図３のグラフに示した電圧と同様である。電圧Ｖ１（ｔ）と電圧Ｖ２（ｔ）には位相差が１８０度あり、これらの電圧は、ねじり梁部２２、２３の長手方向の軸まわりにミラー部２１を回転させるための駆動力を圧電素子１１および圧電素子１２に与える。
【００６８】
例えば、V1(t)=10(1+sin(2πft))  [V]とし、V2(t)=10(1-sin(2πft))  [V]とする。V1(t)=20[V]、V2(t)=0[V]のとき、平均印加電圧１０Ｖのときと比較して、圧電素子１１がこのパターンの長手方向に伸び、圧電素子１２がこのパターンの長手方向に縮む。これにより、図１０に示したミラー部２１において、ねじり梁部２２、２３の中心軸よりも上側部分が上昇し、下側部分が下降する。その結果、ねじり梁部２２、２３の長手方向の中心軸を中心に、ねじり梁部２２からねじり梁部２３の方向を見て時計回りに、ミラー部２１が回転して反射膜が傾く。その反対に、V1(t)=0[V]、V2(t)=20[V]のとき、ミラー部２１は、V1(t)=20[V]、V2(t)=0[V]のときとは逆方向に回転して反射膜が傾く。
【００６９】
本実施形態によれば、ミラー部２１に連結したねじり梁部２２側にのみ圧電素子が設けられているため、第１の実施形態よりも、光走査装置全体を小型化することが可能となる。また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様な利点を有する。
【００７０】
（第３の実施形態）
本実施形態の光走査装置は、ミラー部の共振周波数の調整を可能にしたものである。
【００７１】
本実施形態の光走査装置の構成を説明する。図１１は本実施形態における光走査装置の一構成例を示す平面図である。なお、第１の実施形態と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施形態の光走査装置の断面図およびその説明は、図２および図２の説明と同様であるため省略する。
【００７２】
図１１に示すように、本実施形態の光走査装置は、図１に示した光走査装置において、ミラー部２１の共振周波数を調整する、調整部７および調整部８が設けられた構成である。圧電素子１１および圧電素子１２の間に、圧電素子１５からなる調整部７が設けられている。圧電素子１３および圧電素子１４の間に、圧電素子１６からなる調整部８が設けられている。
【００７３】
圧電素子１５、１６のそれぞれは、図２を参照して説明したように、下部電極１０１、圧電層１０２および上部電極１０３を有する構成である。圧電素子１５、１６においても、圧電層１０２が膜に関して上方に分極し、下部電極１０１に駆動電圧が印加され、上部電極１０３にＧｎｄ電圧が印加されることは、圧電素子１１〜１４と同様である。
【００７４】
図１１に示すように、ねじり梁部２２の支持部３との連結部に圧電素子１５が搭載され、ねじり梁部２３の支持部３との連結部に圧電素子１６が搭載されている。圧電素子１５、１６の下部電極１０１に同一の静電圧（ＤＣ電圧）Ｖ３が印加されると、圧電素子１５、１６は、２本のねじり梁部２２、２３に対して応力を与えてねじり梁の剛性を調整することで、ミラー部２１の共振周波数を調整する。
【００７５】
圧電素子１５は、圧電素子１１、１２と同様に、そのパターンの長手方向がねじり梁部２２の長手方向と一致している。圧電素子１５は、圧電素子１１および圧電素子１２のそれぞれと、少なくとも絶縁性を保つ距離を空けて同一の支持部３上に配置されている。圧電素子１６は、圧電素子１３、１４と同様に、そのパターンの長手方向がねじり梁部２３の長手方向と一致している。圧電素子１６は、圧電素子１３および圧電素子１４のそれぞれと、少なくとも絶縁性を保つ距離を空けて同一の支持部３上に配置されている。
【００７６】
本実施形態では、圧電素子１１〜１６が設けられているが、各圧電素子のパターンの長手方向をねじり梁部２２、２３の長手方向と一致しているだけでなく、圧電素子間を少なくとも絶縁性を保つ距離で最小の長さにしているため、圧電素子間に空孔を設ける必要がなく、光走査装置の平面積を小さくすることが可能となる。
【００７７】
また、圧電素子１１および圧電素子１２の間には空孔ではなく、圧電素子１５が設けられ、圧電素子１３および圧電素子１４の間に空孔ではなく、圧電素子１６設けられているため、後で詳細に説明するように、ミラー部２１の共振周波数の調整が可能となる。
【００７８】
さらに、図１１に示す構成例では、圧電素子１１〜１４について、第１の実施形態の場合に比べて、各パターンの長手方向に対して垂直方向の長さである幅を短くしている。そのため、圧電素子１１と圧電素子１２の間に圧電素子１５が設けられ、圧電素子１３と圧電素子１４の間に圧電素子１６が設けられても、これらの圧電素子の全体の幅が抑制され、光走査装置の幅が拡大するのを抑制できる。
【００７９】
次に、本実施形態の光走査装置の動作を説明する。
【００８０】
本実施形態では、圧電素子１１および圧電素子１３の下部電極１０１に電圧Ｖ１（ｔ）を印加し、圧電素子１２および圧電素子１４の下部電極１０１に電圧Ｖ２（ｔ）を印加する。また、圧電素子１５および圧電素子１６の下部電極１０１には、同一のＤＣ電圧Ｖ３［Ｖ］を印加する。電圧Ｖ１（ｔ）および電圧Ｖ２（ｔ）は、図３のグラフに示した電圧と同様である。ミラー部２１には偏心がないものとする。そのため、電圧Ｖ１（ｔ）と電圧Ｖ２（ｔ）とが位相差φ＝１８０度のときに、ミラー部２１の回転角は最大となる。例えば、V1(t)=  1+sin(2πft)  [V]、V2(t)=  1-sin(2πft)  [V]を印加することで、ミラー部２１の振れ角は最大になる。
【００８１】
ここで、調整部７、８の動作を説明する前に、ミラー部２１の共振周波数の調整が画像表示装置による描画にとって重要であることを、図１２を参照して説明する。図１２は光走査角と駆動周波数の関係を示すグラフである。グラフの縦軸が光走査角であり、横軸が駆動周波数である。
【００８２】
初期状態において、ミラー部２１の共振周波数をfrとし、光走査角をθ0とし、駆動周波数fDを共振周波数から少しずらせた値に設定してあるものとする。温度上昇などで共振周波数frがΔfrだけずれてfr’に変化したとき（図１２には、その変化が減少の場合を示す）、駆動周波数fDでの光走査角はθ0’に大きく下がるため、図９に示した画像表示装置による投射画像のサイズが大きく低減する。これは、描画特性上大きな問題であり、共振周波数が下がらないように調整する必要がある。
【００８３】
図１３は共振周波数の温度依存性を測定した結果を示すグラフである。実験は、一般的な光走査装置を測定系に置いて行った。グラフの縦軸は共振周波数であり、横軸は測定系の温度である。図１３に示すように、測定系の温度が３０度から６０度に上昇すると、共振周波数はfrからfr’まで下がる。光走査装置のねじり梁部および支持部などの材料に、一般的なＳｉ材料を用いた場合では、共振周波数は０．５％程度減少した。
【００８４】
図１０に示した光走査装置において、圧電素子１５と圧電素子１６に所定の電圧Ｖ３を印加すれば、電圧Ｖ３の大きさに対応して必要な応力をねじり梁部２２、２３に与えることが可能となり、梁部の剛性を調整することができる。その結果、共振周波数を変化させることができる。
【００８５】
共振周波数を調整可能であることを、本実施形態の光走査装置を用いた実験結果で説明する。図１４は電圧Ｖ３を変化させたときのミラー部の共振周波数を示すグラフである。グラフの縦軸は共振周波数であり、横軸は電圧Ｖ３の値である。実線は電圧Ｖ３をプラス電圧→０Ｖ→マイナス電圧に変化させた場合であり、破線は電圧Ｖ３をマイナス電圧→０Ｖ→プラス電圧に変化させた場合である。
【００８６】
圧電素子１５および圧電素子１６の下部電極１０１に印加する電圧Ｖ３をプラス電圧から0[V]まで下げ、さらに、マイナス電圧でその絶対値を大きくしていくと、図１４の実線に示すように、V3=-30[V]のとき、ミラー部２１の共振周波数をfr’からfrに上昇させることができた。このようにして、温度変化などによる共振周波数の変化を補償することができ、画像表示装置の投射性能の劣化を抑えることができる。なお、図１２を参照して、共振周波数frが減少する場合を説明したが、増加する場合についても同様に共振周波数変化を補償することが可能である。
【００８７】
特許文献５および特許文献６に開示された構造では、圧電素子を搭載した駆動部自体の剛性が低下するため、回転振動時に、ミラー回転角の低下を排除できないという問題があった。これに対して、本実施形態によれば、光走査装置を小型にできることの利点を損なわず、簡単な構造でミラー部の共振周波数を調整することができ、その結果、画像表示装置の投射画角を保持できる。また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様な利点を有する。
【００８８】
（第４の実施形態）
本実施形態の光走査装置は、ミラー部に生じる不要な振動モードを排除することを可能にしたものである。
【００８９】
図１５は本実施形態における光走査装置の一構成例を示す平面図である。図１５において、第１の実施形態と同様な構成については同一の符号を付している。図１５を参照すると、本実施形態の光走査装置の構成は、図１に示した光走査装置と同様であり、断面構造も図２に示した構造と同様になる。一方、本実施形態の光走査装置は、第１の実施形態とは、動作が異なる。そのため、本実施形態では、光走査装置の構成について詳細な説明を省略し、光走査装置の動作を詳細に説明する。
【００９０】
本実施形態の光走査装置の動作を説明する。
【００９１】
図１６は、圧電素子１１〜１４の各圧電素子に印加する電圧を示すグラフである。本実施形態では、圧電素子１１に電圧Ｖ１（ｔ）を印加し、圧電素子１２に電圧Ｖ２（ｔ）を印加し、圧電素子１３に電圧Ｖ３（ｔ）を印加し、圧電素子１４に電圧Ｖ４（ｔ）を印加する。
【００９２】
図１６に示すように、Ｖ１（ｔ）およびＶ３（ｔ）は位相が一致しているが、最大電圧値が異なっている。Ｖ２（ｔ）およびＶ４（ｔ）は位相が一致しているが、最大電圧値が異なっている。図１５を参照すると、ねじり梁部２２、２３の長手方向の中心軸を境にして、図１５の上側の圧電素子１１、１３に印加する電圧の位相が一致し、図１５の下側の圧電素子１２、１４に印加する電圧の位相が一致していることがわかる。また、図１６に示すように、Ｖ１（ｔ）およびＶ３（ｔ）の位相とＶ２（ｔ）およびＶ４（ｔ）の位相とが１８０度異なっている。
【００９３】
ここでは、ミラー部２１には偏心がないものとしているため、Ｖ１（ｔ）とＶ２（ｔ）の位相差を１８０度にすると、Ｖ３（ｔ）とＶ４（ｔ）の位相差も１８０度となり、図４で説明したように、ミラー部２１の回転角は最大となる。また、本実施形態では、圧電素子に印加する電圧の絶対値を圧電素子毎に設定することで、ミラー部２１に対する駆動力の調整を行うことが可能である。
【００９４】
例えば、Ｖ１（ｔ）からＶ４（ｔ）を、
V1(t)=0.5Vp-p(1+sin(2πft))  [V]、  V2(t)=0.5Vp-p(1-sin(2πft))  [V]、
V3(t)=0.5αVp-p(1+sin(2πft))  [V]、  V4(t)=0.5αVp-p(1-sin(2πft))  [V]
とする。Ｖ３（ｔ）およびＶ４（ｔ）における因子αの値を１以外の値に設定することで、ミラー部２１に対して、図１５の左側の駆動部５による駆動力と図１５の右側の駆動部６による駆動力とに差をつけることが可能である。因子αの値として、例えば、０．１から１０の範囲において、いずれかの値を選択することが可能である。
【００９５】
次に、ミラー部２１に対する駆動力の調整による効果を説明する。
【００９６】
図１７Ａは、ミラー部２１に対する、駆動部５、６の駆動力に差がない場合を説明するための図である。図１７Ｂは、ミラー部２１に対する、駆動部５、６の駆動力に差がある場合を説明するための図である。ただし、図１７Ａおよび図１７Ｂは、駆動力の調整を行う前の状態を示しており、例えば、上述のＶ３（ｔ）およびＶ４（ｔ）の式における因子αの値が１の場合とする。
【００９７】
ミラー部２１に対して、駆動部５による駆動力と駆動部６による駆動力とに差がない場合、図１７Ａの下側に示すように、ミラー部２１には、ねじり梁部２２、２３に関して捻れ振動以外のモードは起きない。その結果、図１７Ａの上側に示すように、鏡面で反射した走査光は一重で往復し、走査光の軌跡はある範囲の線分となる。
【００９８】
一方、ミラー部２１に対して、駆動部５による駆動力と駆動部６による駆動力とに差がある場合、図１７Ｂの下側に示すように、捻れ振動の方向に直交する方向に、鏡面に対する曲げ振動が起こる。その結果、図１７Ｂの上側に示すように、走査光の軌跡は二重に分離する。図１７Ｂの上側の図では、走査光の軌跡は２本の曲線で表され、これらの曲線の両端が結合され、これらの曲線で挟まれた領域は端から中央に近づくほど膨らんでいる。
【００９９】
この２本の曲線のうち、上側の曲線を走査光の往路による軌跡とすると、下側の曲線は走査光の復路による軌跡に相当する。上側の曲線と下側の曲線との距離を、以下では、分離幅と称する。分離幅がゼロであれば、図１７Ａに示した理想状態となる。走査光の軌跡で表される分離幅の大きさは、鏡面から離れるほど大きくなってしまう。そのため、分離幅の大きさを、鏡面を反射して上側の曲線を走査する光の方向と鏡面を反射して下側の曲線を走査する光の方向との角度で表現するのがよい。この角度を、以下では、スプリットと称する。
【０１００】
図１７Ｂに示すような曲げ振動が起きる理由を説明する。駆動部５、６の設計をミラー部２１に対して左右対称になるように行っても、圧電素子のサイズばらつきや特性ばらつきにより、左右の駆動力を厳密に一致させることは困難である。そのため、実際に作製した光走査装置における、左右の駆動力には、ある程度の差が現れると考えられる。左右の駆動力の差が大きい場合、図１７Ｂに示したように、走査光が二重になってしまう。往復の走査光の両方を画像表示装置における描画に用いると、実現したい画像が得られないことになる。
【０１０１】
この問題に対して、左右の駆動部５、６のそれぞれによる駆動力を調整できれば、上述した、これらの駆動力の差をゼロに近づけることが原理的に可能となる。図１８は、ミラー部を挟む２つの駆動部のうち、片方の駆動部の調整因子とスプリットとの関係を示すグラフである。
【０１０２】
具体的には、図１８は、図１５に示した圧電素子１３、１４に印加する電圧の絶対値に関する因子αを変化させたときの結果を示す。グラフの横軸は因子αの値であり、縦軸はスプリットである。図１５において、圧電素子１３、１４は、ミラー部２１の右側の駆動部６に相当する。図１８に示すように、実験に用いた光走査装置の場合では、α＝０．７程度で走査光の分離幅をゼロにすることに成功している。そのため、この場合の描画特性に劣化は見られなかった。
【０１０３】
本実施形態では、Ｖ３（ｔ）およびＶ４（ｔ）の電圧の絶対値に関する因子を調整することで、ミラー部２１の曲げ振動を制御する場合を説明したが、Ｖ３（ｔ）およびＶ４（ｔ）の代わりに、Ｖ１（ｔ）およびＶ２（ｔ）の電圧の絶対値に関する因子を調整してもよい。
【０１０４】
特許文献５および特許文献６に開示された構造では、圧電素子を搭載した駆動部自体の剛性が低下するため、回転振動時に発生する、想定外の振動モードを排除できないという問題があった。
【０１０５】
これに対して、本実施形態によれば、光走査装置を小型にできるという利点を損なわず、走査光が二重になった場合であっても、簡単な構造で、二重の走査光間の幅を調整することができ、その幅をゼロにすることが可能である。その結果、画像表示装置の投射に適した走査光を得ることが可能になる。曲げ振動を制御することで、支持部３の剛性を保つことが可能となる。ミラー部２１の回転動作に妨げとなる曲げ振動を制御することで、ミラー部２１の無駄な動作が低減され、低消費電力化を図れる。また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様な利点を有する。
【０１０６】
上述した、いずれの実施形態においても、小型で、可動部の変位が大きい光走査装置を提供でき、可動部に鏡面を搭載することで、光偏向角度の大きな光走査装置を提供できる。また、複数の圧電素子のそれぞれに印加する電圧の位相を任意に調整することで、低消費電力化を図れる。
【０１０７】
本発明の効果の一例として、ミラー部の回転角を十分に確保したまま、装置全体を小型化できる。
【０１０８】
なお、第２から第４の実施形態の光走査装置を、第１の実施形態で説明した画像表示装置に用いてもよい。また、第１から第４の実施形態のそれぞれで説明した光走査装置を組み合わせてもよい。
【０１０９】
また、第１の実施形態において、圧電素子１１、１２のそれぞれの圧電層１０２を別々に設けていたが、圧電素子１１、１２のそれぞれの圧電層１０２を分離せずに、圧電素子１１、１２の間の領域にも連続して形成された圧電層であってもよい。このことは、第２の実施形態についても同様である。また、圧電素子１１、１２と同様に、圧電素子１３、１４についても、これらの素子間の領域にも連続して形成された圧電層であってもよい。このことは、第４の実施形態についても同様である。さらに、第３の実施形態において、圧電素子１１、１２、１５の圧電層が共通であってもよく、圧電素子１３、１４、１６の圧電層が共通であってもよい。
【０１１０】
また、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１１１】
（付記１）入射した光を反射する可動ミラーと、前記可動ミラーの一端に連結された第１の梁部と、前記可動ミラーの他端に連結された第２の梁部と、第１の電圧が印加されると、前記第１の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第１の圧電素子と、第２の電圧が印加されると、前記第１の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第２の圧電素子と、を有し、前記第１および前記第２の圧電素子のそれぞれのパターンの長手方向が前記第１の梁部の長手方向と一致し、前記第１および前記第２の圧電素子は、前記第１および前記第２の梁部に連結した支持板の上に、絶縁性を保つ距離を空けて配置されている、光走査装置。
【０１１２】
（付記２）前記第１の電圧が印加されると、前記第２の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第３の圧電素子と、前記第２の電圧が印加されると、前記第２の梁部を介して前記可動ミラーを揺動させる応力を発生する第４の圧電素子と、をさらに有し、前記第３および前記第４の圧電素子のそれぞれのパターンの長手方向が前記第２の梁部の長手方向と一致し、前記第３および前記第４の圧電素子は、これらの素子の間に空孔が設けられていない前記支持板の上に、絶縁性を保つ距離を空けて配置されている、付記１に記載の光走査装置。
【０１１３】
（付記３）前記第１および前記第２の圧電素子は、前記第１の梁部の長手方向の中心軸を伸ばした直線に対して、線対称の位置に設けられ、前記第３および前記第４の圧電素子は、前記第２の梁部の長手方向の中心軸を伸ばした直線に対して、線対称の位置に設けられている、付記２に記載の光走査装置。
【０１１４】
（付記４）前記第１または前記２の梁部の長手方向の中心軸を伸ばした直線を、平面を２つの領域に分割する境界線とすると、前記第１および前記第３の圧電素子は、前記２つの領域のうち、一方の領域に設けられ、前記第２および前記第４の圧電素子は、前記２つの領域のうち、前記一方の領域とは異なる他方の領域に設けられている、付記３に記載の光走査装置。
【０１１５】
（付記５）前記可動ミラーの重心が前記第１および前記第２の梁部の長手方向の中心軸から垂直方向に所定の距離だけ離れた位置にあり、前記第１の電圧と前記第２の電圧は位相が一致している、付記１に記載の光走査装置。
【０１１６】
なお、この出願は、２０１０年７月２９日に出願された日本出願の特願２０１０−１７０７５６の内容が全て取り込まれており、この日本出願を基礎として優先権を主張するものである。
【符号の説明】
【０１１７】
２    枠体
３    支持部
５、６    駆動部
７、８    調整部
１１〜１６    圧電素子
２１    ミラー部
２２、２３    ねじり梁部
１０１    下部電極
１０２    圧電層
１０３    上部電極
【図１】
2012014666.tif 000003
【図２】
2012014666.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2012014666.tif 000007
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
2012014666.tif 000012
【図６Ｂ】
2012014666.tif 000013
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
2012014666.tif 000017
【図７Ｂ】
2012014666.tif 000018
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
2012014666.tif 000022
【図８Ｂ】
2012014666.tif 000023
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月23日(2013.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
例えば、V1(t)= 0.5Vp-p (1+sin(2πft)) [V]とし、V2(t)= 0.5Vp-p (1-sin(2πft)) [V]とする。V1(t)= 2 [V]、V2(t)=0[V]のとき、平均印加電圧１Ｖのときと比較して、圧電素子１１がこのパターンの長手方向に伸び、圧電素子１２がこのパターンの長手方向に縮む。これにより、図１０に示したミラー部２１において、ねじり梁部２２、２３の中心軸よりも上側部分が上昇し、下側部分が下降する。その結果、ねじり梁部２２、２３の長手方向の中心軸を中心に、ねじり梁部２２からねじり梁部２３の方向を見て時計回りに、ミラー部２１が回転して反射膜が傾く。その反対に、V1(t)=0[V]、V2(t)= 2 [V]のとき、ミラー部２１は、V1(t)= 2 [V]、V2(t)=0[V]のときとは逆方向に回転して反射膜が傾く。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
図１１に示した光走査装置において、圧電素子１５と圧電素子１６に所定の電圧Ｖ３を印加すれば、電圧Ｖ３の大きさに対応して必要な応力をねじり梁部２２、２３に与えることが可能となり、梁部の剛性を調整することができる。その結果、共振周波数を変化させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
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【国際調査報告】
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2012014666.tif 000039
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